Ученые рассмотрели, как сложные химические смеси изменяются под воздействием меняющихся условий окружающей среды, проливая свет на процессы, которые могли привести к возникновению жизни. Исследователи подвергали органические молекулы повторяющимся циклам увлажнения и высыхания и обнаружили, что молекулы не реагируют хаотично, а самоорганизуются и следуют предсказуемым закономерностям. Работа показывает, что факторы окружающей среды сыграли ключевую роль в формировании молекулярных структур, необходимых для возникновения жизни. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Существует несколько теорий о том, как зародилась жизнь на Земле. Процесс происходил в условиях ранней Земли, когда атмосфера была другой: в ней почти не было кислорода, но было много других газов, таких как метан и аммиак. По одной из теорий, первые органические соединения образовались в океане, где были необходимые элементы и энергия от солнца или вулканов. По другой теории, это могло произойти в небольших лужах или на поверхности минералов. Многие ученые считают, что это были простые молекулы, из которых, без изменения исходной структуры, собрались более сложные, такие как белки и нуклеиновые кислоты. Эти сложные молекулы стали основой для первых живых клеток.
Чтобы изучить изменения структуры соединений, исследователи использовали смеси, содержащие органические молекулы с различными функциональными группами, включая карбоновые кислоты, амины, тиолы и гидроксилы. Подвергая эти смеси повторяющимся циклам увлажнения-высушивания — условиям, имитирующим колебания окружающей среды на ранней Земле, — ученые выявили три ключевых результата: химические системы могут непрерывно развиваться, не достигая равновесия, выбирать химические пути, избегая излишней сложности и показывать синхронное изменение различных групп веществ. Иными словами, молекулы не реагировали случайным образом, а развивались с течением времени и следовали предсказуемым закономерностям.
Анализ сложных химических систем проводился с использованием различных методов, таких как ЖХ-МС, ВЭЖХ, ЯМР и УФ-видимая спектроскопия, для разделения веществ и определения их структурных изменений. Эксперименты проводились в бескислородных условиях при температуре 45°C. Результаты показали, что системы претерпевают непрерывные химические изменения, комбинаторное сжатие (образование небольшого количества продуктов из множества реагентов) и проявляют синхронность развития групп веществ, когда траектории различных видов с течением времени становятся похожими.
«Это исследование открывает новый взгляд на то, как молекулярная эволюция могла разворачиваться на ранней Земле», — рассказал Моран Френкель-Пинтер из Еврейского университета Иерусалима.
Помимо актуальности для исследований происхождения жизни, результаты этой работы могут иметь более широкое применение в синтетической биологии и нанотехнологиях. Контролируемая химическая эволюция может быть использована для создания новых молекулярных систем со специфическими свойствами, что может привести к инновациям в разработке лекарств и биотехнологии.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
